煙用香糖料物理特性及與黃斑煙風(fēng)險定性分析探討

徐淑浩，周沅楨，饒 穎，關(guān) 斌，羊一濤，李國智

（紅云紅河煙草（集團） 有限責(zé)任公司，云南昆明 650032）

黃斑煙特指卷煙生產(chǎn)過程中，因為生產(chǎn)工藝和加工制造過程的某些缺點，導(dǎo)致煙支表面卷煙被污染產(chǎn)生斑點的煙支，不包含卷煙紙自身的雜色斑點或煙支在成型后運送過程中卷煙紙與設(shè)備摩擦產(chǎn)生的煙支不潔、夾末。香糖料是卷煙生產(chǎn)、加工過程中，增強煙葉、煙絲原料耐加工物理性能（如保潤性、燃燒性、韌性、防霉等） 及調(diào)和煙氣成分，減輕煙氣刺激、改善吸味、增強卷煙香氣等不可缺少的添加劑，是卷煙制品形成風(fēng)格特色的奧秘所在[1]。在卷煙原料加工過程中，為了實現(xiàn)不同卷煙產(chǎn)品風(fēng)格特點、加工工藝、設(shè)備性能等的應(yīng)用需求，各牌號卷煙香糖料的內(nèi)部組成、配制技術(shù)、物理特性、內(nèi)在質(zhì)量也各不相同[1]。國內(nèi)卷煙工業(yè)企業(yè)，針對卷煙加工、生產(chǎn)過程中黃斑煙防控研究由來已久，2013 年湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司趙梅生、陳銳、伍先等人在消除黃斑煙質(zhì)量隱患項目研究中，針對加香加料工序的設(shè)備性能、工藝技術(shù)等方面，深入開展了有關(guān)黃斑煙產(chǎn)生機理等研究，并通過對設(shè)備霧化效率、加香、加料均勻性、防潮、排濕等技術(shù)的改進，對防控黃斑煙起到了積極作用。2015 年貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司翟義龍、黃新民、宋豪等人提出對黃斑缺陷的預(yù)防和管控措施。但從香糖料液物理特性及可能影響其霧化效率導(dǎo)致產(chǎn)生黃斑煙風(fēng)險評價等研究未見報道。

對在線生產(chǎn)的各牌號卷煙香糖料、梗料液開展了物理特性分析，并結(jié)合流體霧化基本原理，定性地討論了各料液物理特性可能對霧化效果影響、黃斑煙產(chǎn)生的風(fēng)險；為卷煙生產(chǎn)過程中黃斑煙防控研究提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)[2]。

1 材料和方法

1.1 儀器和材料

1.1.1 儀器

DV-II+ 型數(shù)字黏度儀，美國Brookfield 工程實驗公司產(chǎn)品；DM40+RX40+SC30 型密度折光聯(lián)用儀、T90 型電位滴定儀、V30 型卡爾費休水分儀、XP205 型電子天平，瑞士METTLER TOLEDO 公司產(chǎn)品；高場非對稱場離子遷移譜儀，蘇州微木智能系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品（配有63Ni 電離源，F(xiàn)AIMS 芯片遷移溝道尺寸參數(shù)：寬度35 μm，深度300 μm；芯片遷移區(qū)長度3.25 mm，寬度2.5 mm）；HZS-D 型振蕩器（130 r/min），哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司產(chǎn)品；3K15 型離心機，Sigma 公司產(chǎn)品；超聲波儀，墨西哥BRNSON公司產(chǎn)品；真空泵、水銀溫度計、恒溫水浴鍋、微量注射器等。

1.1.2 試劑

丙二醇（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供；乙醇（分析純），天津市富宇精細(xì)化工有限公司提供；去離子水（電阻率18.22 MΩ·cm）。

1.2 樣品

選擇紅河卷煙廠制絲生產(chǎn)線在線取樣，由香糖料配制員對加香糖料工序過程中隨機選擇，樣品為YZ、HH、SJ、梗料液、YH；選擇卷制包裝生產(chǎn)線在線取樣，由質(zhì)檢人員在所取煙支樣品中篩選相應(yīng)牌號的香糖料類黃斑煙支[4]。

1.3 樣品處理及物理性狀分析

1.3.1 高場非對稱離子遷移譜分析樣品前處理過程

選擇HH 和YZ 這2 種規(guī)格香料液黃斑煙若干，用刀片局部劃取香料液斑煙支污染物卷煙紙，每個樣品0.01~0.02 g，2 個牌號分別準(zhǔn)備3 個樣品，共6 個樣品。準(zhǔn)備同時剪取相同部分煙支未被污染部分卷煙紙作為對照，每個牌號準(zhǔn)備3 個對照樣，共6 個對照樣。把樣品和對照樣分別放入熱解析爐。測試時，將吸氣管一端連接解析爐，解析爐溫度設(shè)定60 ℃，打開連續(xù)吸氣模式，使用高場非對稱離子遷移譜檢測儀對樣品進行掃描，根據(jù)初步驗證情況，選取30%~65%的場強掃描，掃描停止后，儀器自清洗5 min，繼續(xù)下一個平行樣。每測完一種，儀器停止自清洗5 min，繼續(xù)下一種。

為進一步檢索篩選香精斑煙支污染物來源，選擇可能產(chǎn)生類似污染的對應(yīng)牌號香精、葉片料、未加料煙絲水浸物，在潔凈卷煙紙上人工制造污染斑點，各制備3 個樣品，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下自然干燥24 h 后，采用同樣條件進行高場非對稱離子遷移譜檢測儀對樣品進行掃描。

1.3.2 常規(guī)指標(biāo)及性狀檢測

依據(jù)煙用香精香料檢測標(biāo)準(zhǔn)YC/T 145—2012 及相關(guān)儀器操作規(guī)程，對含水量、相對密度、酸值、折光指數(shù)、揮發(fā)分總量、丙二醇含量等指標(biāo)進行檢測，結(jié)合各卷煙牌號產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進行符合性比對，同時靜置香糖料液觀察料液形態(tài)、性狀。

1.3.3 香糖料黏度測定及與溫度變化關(guān)系檢測

目前，煙草行業(yè)內(nèi)還沒有形成對香糖料黏度的檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，試驗嘗試使用DV-II+型數(shù)字黏度儀為中等黏度黏度計，適用于測定流體對轉(zhuǎn)軸的阻力足夠大，即產(chǎn)生轉(zhuǎn)軸扭矩大于10%，黏度高于100 CP的樣品；而煙用香精、糖料的黏度接近黏度計檢測下限，測定結(jié)果與真值吻合性不保證完全一致。但此次試驗主要進行不同料液之間黏度差異性分析，通過優(yōu)化測試條件，最終選擇最大體積2#轉(zhuǎn)軸（受阻面積大）、100 r/min（最大速度） 轉(zhuǎn)速，之所以設(shè)置最高轉(zhuǎn)速是基于轉(zhuǎn)速越大所需輸出的扭矩越大，這樣便于控制測定結(jié)果在黏度計檢測范圍內(nèi)，保證測定數(shù)據(jù)的相對準(zhǔn)確性；同時，采用恒溫水浴鍋控制料液溫度，在同一儀器相同測試條件下，對各香糖料樣品黏度隨溫度的變化進行連續(xù)測定。

1.3.4 料液中過濾物殘留量測定

準(zhǔn)確移取50 mL 各牌號煙用香糖料，于600 mBar真空抽濾條件下，用中速定量濾紙過濾料液中殘留物，收集濾紙及過濾剩余物，置于55 ℃干燥箱中，干燥至恒質(zhì)量，測定料液中過濾物殘留量。

1.4 樣品分析結(jié)果

1.4.1 高場非對稱離子遷移譜分析結(jié)果

高場非對稱離子遷移譜（FAIMS） 紅色為正模式掃描圖，藍(lán)色為副模式掃描圖，根據(jù)掃描結(jié)果，正模式下香精斑煙支污染物和對照樣存在顯著區(qū)別，說明FAIMS 可以識別香精斑煙支卷煙紙微量污染物存在，并能和正常未污染煙支的卷煙紙區(qū)別開，為下一步篩選提供依據(jù)。

1.4.2 常規(guī)指標(biāo)及性狀

各糖料相對密度及折光指數(shù)基本保持一致，含水量最高為YH 糖料，其次為HH 糖料、YZ 糖料、SJ 糖料，梗料液中含水量最低。

各牌號卷煙香糖料樣品常規(guī)指標(biāo)分析結(jié)果見表2。

各香糖料液性狀觀察：梗料液中，整體溶混度比較好，均勻，無顆粒狀沉淀物；而其他糖料均存在少許顆粒物；其溶混度可能與各香糖料內(nèi)在組成、溶解性質(zhì)、料液溫度等相關(guān)。顆粒狀沉淀物的存在可能導(dǎo)致加料噴嘴堵塞，或影響料液霧化效果、均勻性，或顆粒狀沉淀物直接加入到物料中，形成后期物料加工相關(guān)質(zhì)量隱患。

1.4.3 香糖料黏度測定及與溫度變化關(guān)系

在22~30 ℃常溫下各香糖料黏度：梗料液>SJ>YZ > HH > YH。隨著料液溫度由低向高的變化，各香糖料黏度呈降低趨勢；在22~50 ℃，各糖料黏度降低幅度明顯；在50 ℃以后，各糖料黏度降低速度趨緩且降低幅度不明顯。

不同溫度下各牌號卷煙香糖料黏度測試結(jié)果見表3。

PDCA循環(huán)理論是美國質(zhì)量管理專家戴明博士基于休哈特的構(gòu)思提出的，是全面質(zhì)量管理的科學(xué)程序。通過Plan(計劃)-Do(執(zhí)行)-Check(檢查)-Act(處理)的循環(huán)運轉(zhuǎn)，持續(xù)改進、逐步提高。筆者認(rèn)為，高校內(nèi)部控制建設(shè)也可以參照PDCA循環(huán)理論，依照四階段閉環(huán)式框架進行建設(shè)，即計劃與建設(shè)階段、執(zhí)行與實施階段、評價與檢查階段、優(yōu)化與改進階段，通過四階段有序循環(huán)、動態(tài)建設(shè)，不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，構(gòu)建高校內(nèi)部控制建設(shè)長效機制。

表3 不同溫度下各牌號卷煙香糖料黏度測試結(jié)果

1.4.4 糖料料液中過濾物殘留量過濾物殘留量由高到低排序為梗料液> YZ > SJ >HH > YH。由于各牌號卷煙糖料組成的差異性，過濾物殘留量及性狀差異也明顯，如梗料液中過濾物殘留量最高，但料液混溶均勻，殘留物呈黏稠狀；而YZ，SJ，HH，YH 糖料中，料液混溶性稍差，且含有少量呈顆粒狀物質(zhì)及靜置后容易形成顆粒物沉淀。

各牌號卷煙糖料過濾物殘留量及結(jié)果見表4。

表4 各牌號卷煙糖料過濾物殘留量及結(jié)果

2 結(jié)果與分析

卷煙制絲生產(chǎn)線加香、加料工藝過程遵從雙流體霧化動力學(xué)基本原理，即料液經(jīng)高壓泵定量輸送提供動力，推進料液向前運動至料液噴嘴，同時通過空氣壓力（空壓或蒸汽壓） 提供強大的引射壓，使得料液在噴嘴出料口形成霧化狀引射流，從而完成霧化及加料過程。

試驗著重探討料液相關(guān)物理特性、組成及與黃斑煙風(fēng)險可能有的關(guān)聯(lián)性，在保證加香、加料設(shè)備性能和工藝最優(yōu)或相同條件下，料液物理特性可能是影響料液霧化效果乃至引起黃斑煙重要因素之一；如料液黏度大、流速慢，可能影響到霧化效果或產(chǎn)生大顆粒液滴或大顆粒液滴直接引射入物料形成包裹、水漬、加料不均勻等，從而引起后序工藝加工中質(zhì)量隱患；再如料液流體中含有的顆粒狀物質(zhì)或料液溫度過低，形成料液內(nèi)在組成溶解不完全、產(chǎn)生沉淀等，都有可能對噴嘴形成堵塞，影響最終霧化效果等。

2.1 香料液黃斑煙表面污染物來源分析

根據(jù)高場非對稱離子遷移譜檢測儀掃描和圖形相似度計算結(jié)果，紅河（88） 香精斑煙支污染物和紅河（88） 人為香精斑檢測圖形相似度平均達(dá)到97.4%；云煙（紫） 香精斑煙支污染物和云煙（紫） 人為香精斑檢測圖形相似度平均達(dá)到98.7%。根據(jù)高場非對稱離子遷移譜檢測儀掃描結(jié)果，項目組對以上圖譜采用圖形相似度計算軟件Visual Similarity Duplicate Image Finder Demo 6.2.0.1 分別進行圖像相似度計算。

人造污染物的FAIMS 三維掃描圖譜見表5，HH香精斑煙支污染物來源圖形相似度計算結(jié)果檢索見表6，YZ 香精斑煙支污染物來源圖形相似度計算結(jié)果檢索見表7。

表5 人造污染物的FAIMS 三維掃描圖譜

表6 HH 香精斑煙支污染物來源圖形相似度計算結(jié)果檢索

表7 YZ 香精斑煙支污染物來源圖形相似度計算結(jié)果檢索

由表5 ~表7 可知，香精斑煙支污染物來源分別清晰指向煙絲使用的相應(yīng)牌號的外加香料液。

2.2 糖料含水量、揮發(fā)分總量可能引起黃斑煙的風(fēng)險

對比分析卷煙香糖料中含水量、揮發(fā)分總量結(jié)果，除梗料液以外，各牌號卷煙香糖料中含水量均超過65%，表明各牌號卷煙香糖料是以水為分散介質(zhì)的水溶型糖料，且含水量與揮發(fā)分總量呈正相關(guān)。各牌號卷煙香糖料黏度（常溫下） 與含水量、揮發(fā)分總量呈反比關(guān)系，而與殘留物量呈正相關(guān)；即黏度低的樣品含水量高、揮發(fā)分總量也高，黏度高的樣品殘留物量也相對較高。

2.3 糖料黏度及隨溫度變化情況與黃斑煙風(fēng)險分析

在一定范圍內(nèi)提高料液溫度，有利于增加料液的溶解度，減少沉淀物，同時增強料液中組分分子活動能量，可降低料液黏度，提高料液流動性、霧化效率及加料均勻性。結(jié)合以上分析，隨著料液溫度提高，各牌號卷煙香糖料可能引起黃斑風(fēng)險隨之降低；料液溫度達(dá)到55 ℃以上，各牌號卷煙糖料引起黃斑風(fēng)險比常溫時低；料液溫度保持在55~70 ℃時，此外，結(jié)合現(xiàn)行潤葉加料工序加料料液溫度控制為（55±3） ℃，試驗結(jié)果證明是基本合理、科學(xué)。

對于水溶型流體料液，水的性質(zhì)穩(wěn)定、流動性好且對很多物料具有良好的溶解性能及浸潤能力；在一定含水量范圍內(nèi)，含水量越高，料液黏度低，流動性能好，對霧化效果正面貢獻(xiàn)也高，料液對物料浸潤性會更好，更有利于加料過程流暢性或均勻性，引起黃斑煙機率可能也較小。試驗選取的5 個香糖料液，引起卷煙黃斑風(fēng)險性由大到小排序為梗料液> SJ > YZ > HH > YH。

2.4 香糖料中顆粒物性狀、過濾物殘留量可能引起黃斑的風(fēng)險

各香糖料液中或多或少含有呈顆粒狀物質(zhì)，從加料工藝及霧化原理定性分析，料液中含有的顆粒狀物質(zhì)或有未溶解完全的物料殘渣、沉淀物，都有可能引起噴嘴堵塞或影響霧化效果或者顆粒狀物質(zhì)直接引射到物料中，引起物料后序加工過程中的黃斑缺陷或隱患；而從各牌號卷煙香糖料中過濾物殘留量定量分析結(jié)果可見，各料液中過濾物殘留量從大到小排列為梗料液>云煙紫糖料>世紀(jì)風(fēng)糖料>紅河（88） 糖料>紅河硬糖料。因此，可能引起黃斑的幾率由大到小排序為梗料液>YZ 糖料>SJ 糖料>HH 糖料>YH 糖料。

3 結(jié)論

3.1 香精斑煙表面污染物分析來源鑒別結(jié)論

（1） 根據(jù)高場非對稱離子遷移譜檢測儀掃描和圖形相似度計算結(jié)果，紅河（88）、云煙（紫） 香精斑煙支污染物和人為香精斑檢測圖形相似度分別達(dá)到97.4%，98.7%。

（2） 高場不對稱離子遷移譜分析圖譜中，香精、料液、煙絲水浸物差異明顯，而相同成分制作樣品重復(fù)樣重現(xiàn)性相似度高，因此用場不對稱離子遷移譜分析與鑒別香精斑煙表面污染物分析來源結(jié)論可信。

（3） 根據(jù)香精斑煙支污染物來源圖形相似度計算結(jié)果檢索，香精斑煙支污染物來源清晰指向煙絲使用的相應(yīng)牌號的外加表香精。

3.2 物理特性各指標(biāo)之間相關(guān)性

煙用香糖料黏度與過濾物殘留量呈正相關(guān)，與含水量、揮發(fā)分總量成反比關(guān)系。

3.3 物理特性與黃斑煙風(fēng)險

通過批量卷煙抽檢和卷煙紙壓印檢測和分析，結(jié)合煙用香糖料物理特性試驗排查，掌握紅河卷煙廠各牌號黃斑煙發(fā)生風(fēng)險排序，各類黃斑煙支組成比例，相對明確制絲生產(chǎn)線香糖料可能引起黃斑煙風(fēng)險定性排序為梗料液>SJ 糖料>YZ 糖料>HH 糖料>YH 糖料。

綜上所述，采用煙用香糖料物理特性分析預(yù)測黃斑煙風(fēng)險性的方法，相對簡單、快速、可靠。